一種納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦微球的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦微球的制備方法。該制備方法具體包括：以氯化銦和乙酰胺為原料，以檸檬酸酸為表面活性劑，經(jīng)水熱反應(yīng)、煅燒處理，得到由立方體組成的具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化銦微球。本方法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本比較低，所得氧化銦可作為氣敏材料，由于具有分級(jí)結(jié)構(gòu)，材料可獲得高靈敏度。
【專利說(shuō)明】
一種納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦微球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦微球的制備方法，屬于先進(jìn)納米功能材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)生活質(zhì)量的要求不斷提高，對(duì)有害氣體的檢測(cè)越發(fā)顯得重要，急需科研工作者研制開發(fā)出檢測(cè)各種氣體的傳感器。但目前市售的氣體傳感器還存在選擇性偏低、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了這一具有巨大市場(chǎng)價(jià)值的產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。由于半導(dǎo)體氣體傳感器具有檢測(cè)靈敏度高、響應(yīng)恢復(fù)快、電路簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、元件尺寸較小、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種氣體檢測(cè)領(lǐng)域。為了提高半導(dǎo)體氣體傳感器的靈敏度，人們常采用增大材料表面積的方法，納米化就是常用的一種方法。納米化通過(guò)增大材料的表面積，使粒子表面勢(shì)皇的高度與厚度以及晶粒有效電阻發(fā)生顯著變化，表面活性大大增加，使材料對(duì)氣體的吸附、脫附以及氧化還原反應(yīng)能在更低的溫度下進(jìn)行，降低了工作溫度，縮短了響應(yīng)時(shí)間，提高了氣體檢測(cè)的濃度范圍。
[0003]分級(jí)結(jié)構(gòu)不僅包含了單一納米結(jié)構(gòu)所具有的特點(diǎn)，而且還擁有其結(jié)構(gòu)單元組裝后引起的耦合效應(yīng)和協(xié)同效應(yīng)。因此，復(fù)雜的分等級(jí)結(jié)構(gòu)不僅會(huì)保持其結(jié)構(gòu)單元的優(yōu)越性能，而且還可能大幅度增強(qiáng)其性能，甚至?xí)a(chǎn)生低維納米結(jié)構(gòu)所不具備的獨(dú)特性能。分等級(jí)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體氧化物通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和可控合成，可以獲得兼具優(yōu)異識(shí)別功能、轉(zhuǎn)化功能和敏感體利用效率的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，因此，分等級(jí)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體氧化物的設(shè)計(jì)、制備和氣體傳感特性的研究受到廣泛關(guān)注。In2O3也是一種重要的半導(dǎo)體氧化物傳感材料，它的突出優(yōu)點(diǎn)是電導(dǎo)率較高，幾乎是代表性半導(dǎo)體氧化物傳感材料中最高的，這使得傳感器處理電路變得簡(jiǎn)單和廉價(jià)。。作為重要的金屬氧化物半導(dǎo)體，不同形態(tài)的IΠ2θ3微/納米結(jié)構(gòu)這些年來(lái)也有發(fā)展，如
S.J.Kim等(S.J.Kim, 1.S.Hwang , J.K.Choi, Y.C.Kang , J.H.Lee,Enhanced C2H5OH sensing characteristics of nano-porous Ιη2〇3 hollow spheresprepared by sucrose-mediated hydrothermal react1n [J], Sensor.Actuat.B,155 (2011):512-518.)對(duì)納米多孔結(jié)構(gòu)氧化銦空心球進(jìn)行了合成。近年來(lái)，三維分級(jí)結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為氣敏材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，目前氧化銦的合成與研究相對(duì)于Π-VI族的半導(dǎo)體材料，如ZnO，CdS等要少的多。In2O3基納米材料的研究主要集中在最近十年，還有許多問(wèn)題需要研究。因此，探索高性能In2O3基功能材料是一個(gè)仍需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦微球的制備方法。具有成本低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，無(wú)環(huán)境污染，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)。所得納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦氣敏材料的靈敏度得到大幅提高，可用于氣體傳感器等領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:一種納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦微球的制備方法，其特征在于:以氯化銦和乙酰胺為原料，以檸檬酸酸為表面活性劑，經(jīng)水熱反應(yīng)、煅燒處理，得到由立方體組成的具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化銦微球。本方法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本比較低，所得氧化銦可作為氣敏材料，由于具有分級(jí)結(jié)構(gòu)，材料可獲得高靈敏度。具體合成步驟如下:
(1)稱取一定量的氯化銦、乙酰胺和檸檬酸，溶于去離子水中，其中氯化銦的濃度為0.02-0.05 mol/L，乙酰胺的濃度為0.02-0.08 mol/L，檸檬酸的濃度為0.02-0.05 mol/L，且控制氯化銦與乙酰胺的摩爾比為1:(1.5-2.5)，氯化銦和檸檬酸的摩爾比為1:(1-1.5);
(2)將步驟(I)中所得混合溶液移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，在170-200V溫度下，進(jìn)行水熱反應(yīng)16-24小時(shí)，再將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物利用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，并用去離子水和乙醇對(duì)所得固體產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌；
(3)將步驟(2)所得固體產(chǎn)物放置于干燥箱中，60°C干燥24小時(shí)，然后置于氧化鋁坩禍放入馬弗爐，在400-550°C下熱處理3小時(shí)，得到具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化銦粉體。
【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1為納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦微球的XRD圖譜。
[0006]圖2為納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦微球的SEM圖。
[0007]圖3為納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦微球FESEM圖。
[0008]圖4為納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦微球的TG-DSC圖譜。
[0009]圖5為最佳工作電壓下納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦氣敏元件對(duì)10-500ppm的甲醛氣體的靈敏度曲線圖。
[0010]圖6為最佳工作電壓下納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦氣敏元件的響應(yīng)恢復(fù)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0012]實(shí)施例1
(1)稱取一定量的氯化銦、乙酰胺和檸檬酸，溶于去離子水中，其中氯化銦的濃度為
0.02 mol/L，乙酰胺的濃度為0.02 mol/L，檸檬酸的濃度為0.02 mol/L，且控制氯化銦與乙酰胺的摩爾比為I: I，氯化銦和檸檬酸的摩爾比為I: I;
(2)將步驟(I)中所得混合溶液移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，在170V溫度下，進(jìn)行水熱反應(yīng)16小時(shí)，再將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物利用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，并用去離子水和乙醇對(duì)所得固體產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌；
(3)將步驟(2)所得固體產(chǎn)物放置于干燥箱中，60°C干燥24小時(shí)，然后置于氧化鋁坩禍放入馬弗爐，在400°C下熱處理3小時(shí)，得到具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化銦粉體。
[0013]實(shí)施例2
(I)稱取一定量的氯化銦、乙酰胺和檸檬酸，溶于去離子水中，其中氯化銦的濃度為0.025 mol/L，乙酰胺的濃度為0.05 mol/L，檸檬酸的濃度為0.025 mol/L，且控制氯化銦與乙酰胺的摩爾比為1: 2，氯化銦和檸檬酸的摩爾比為1:1 ； (2)將步驟(I)中所得混合溶液移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，在180°C溫度下，進(jìn)行水熱反應(yīng)20小時(shí)，再將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物利用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，并用去離子水和乙醇對(duì)所得固體產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌；
(3)將步驟(2)所得固體產(chǎn)物放置于干燥箱中，60°C干燥24小時(shí)，然后置于氧化鋁坩禍放入馬弗爐，在400°C下熱處理3小時(shí)，得到具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化銦粉體。
[0014]實(shí)施例3
(1)稱取一定量的氯化銦、乙酰胺和檸檬酸，溶于去離子水中，其中氯化銦的濃度為
0.025 mol/L，乙酰胺的濃度為0.05 mol/L，檸檬酸的濃度為0.025 mol/L，且控制氯化銦與乙酰胺的摩爾比為1: 2，氯化銦和檸檬酸的摩爾比為1:1 ；
(2)將步驟(I)中所得混合溶液移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，在180°C溫度下，進(jìn)行水熱反應(yīng)24小時(shí)，再將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物利用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，并用去離子水和乙醇對(duì)所得固體產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌；
(3)將步驟(2)所得固體產(chǎn)物放置于干燥箱中，60°C干燥24小時(shí)，然后置于氧化鋁坩禍放入馬弗爐，在400°C下熱處理3小時(shí)，得到具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化銦粉體。
[0015]實(shí)施例4
(1)稱取一定量的氯化銦、乙酰胺和檸檬酸，溶于去離子水中，其中氯化銦的濃度為
0.05 11101/1，乙酰胺的濃度為0.05 11101/1，檸檬酸的濃度為0.025 mol/L，且控制氯化銦與乙酰胺的摩爾比為I: I，氯化銦和檸檬酸的摩爾比為2:1 ；
(2)將步驟(I)中所得混合溶液移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，在2000V溫度下，進(jìn)行水熱反應(yīng)20小時(shí)，再將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物利用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，并用去離子水和乙醇對(duì)所得固體產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌；
(3)將步驟(2)所得固體產(chǎn)物放置于干燥箱中，60°C干燥24小時(shí)，然后置于氧化鋁坩禍放入馬弗爐，在400°C下熱處理3小時(shí)，得到具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化銦粉體。
[0016]實(shí)施例5
(1)稱取一定量的氯化銦、乙酰胺和檸檬酸，溶于去離子水中，其中氯化銦的濃度為
0.025 mol/L，乙酰胺的濃度為0.05 mol/L，檸檬酸的濃度為0.025 mol/L，且控制氯化銦與乙酰胺的摩爾比為1: 2，氯化銦和檸檬酸的摩爾比為1:1 ；
(2)將步驟(I)中所得混合溶液移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，在200°C溫度下，進(jìn)行水熱反應(yīng)24小時(shí)，再將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物利用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，并用去離子水和乙醇對(duì)所得固體產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌；
(3)將步驟(2)所得固體產(chǎn)物放置于干燥箱中，60°C干燥24小時(shí)，然后置于氧化鋁坩禍放入馬弗爐，在400°C下熱處理3小時(shí)，得到具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化銦粉體。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米顆粒組成的分級(jí)結(jié)構(gòu)氧化銦微球的制備方法，具體合成步驟如下: (1)稱取一定量的氯化銦、乙酰胺和檸檬酸，溶于去離子水中，其中氯化銦的濃度為.0.02-0.05 11101/1，乙酰胺的濃度為0.02-0.08 11101/1，檸檬酸的濃度為0.02-0.05 mol/L，且控制氯化銦與乙酰胺的摩爾比為1:(1.5-2.5)，氯化銦和檸檬酸的摩爾比為1:(1-1.5); (2)將步驟(I)中所得混合溶液移至內(nèi)襯為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，在170-200V溫度下，進(jìn)行水熱反應(yīng)16-24小時(shí)，再將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物利用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，并用去離子水和乙醇對(duì)所得固體產(chǎn)物進(jìn)行多次洗滌； (3)將步驟(2)所得固體產(chǎn)物放置于干燥箱中，60°C干燥24小時(shí)，然后置于氧化鋁坩禍放入馬弗爐，在400-550°C下熱處理3小時(shí)，得到具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化銦粉體。
【文檔編號(hào)】C01G15/00GK106006719SQ201610571731
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月20日
【發(fā)明人】張?zhí)K, 宋鵬, 李嘉, 王 琦, 楊中喜
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)